CONTROLADORES PROGRAMABLES

1. CONTROLADORES PROGRAMABLES Professor : Jair Jonko Araujo

2. Sumario • Tipos de industrias; • Niveles de Control; • Conceptos: SVC, SED, Clasificación de los dispositivos; • CLP: Histórico, componentes, funcionamiento, clasificación, ejemplos;

3. Introducción – Conceptos Básicos

4. Tipos de Industria • Manufactura producir un bien cualquiera utilizando herramientas o máquinas (transformación mecánica a través de sucesivas operaciones); • Proceso Conjunto de operaciones/transformaciones realizadas sobre un material, con la finalidad de variar sus propiedades físicas/químicas. Procesos pueden ser contínuos o discontinuos (batch).

5. Gerenciamiento COMUNICACIÓN Supervisión COMUNICACIÓN La Zona de Control COMUNICACIÓN Sensores / Actuadores Niveles de control - Funciones

6. Niveles de Control (1)

7. Niveles de Control (2)

8. Niveles de Control (3)

9. Conceptos • Control es “aplicación de una acción pre-planeada para que aquello que se considera como objeto de control alcance ciertos objetivos” (Miyagi, 1996). • Sistemas de control: • SVC (sistemas de variables continuas) igualar el valor de una variable física (var. de control) a un valor de referencia; • SED (Sistema de eventos discretos) ejecución de operaciones conforme procedimiento prestablecido.

10. Dispositivo de Control (SVC) Variábles de actuación Regulador Actuador Objeto de control Detector Variables controladas Señales de realimentación Conceptos Valores de referencia Dispositivo de Control (SED) Variables de actuación Comandos de Control Comandos de tarea Procesador de Comandos Actuador Objeto de control Detector Variables controladas Estados

11. Objeto de Control Conceptos Sistema de Control SED Recursos Operador/ Usuario Dispositivo de Actuación Dispositivo de Realización de Control Dispositivo de Comando Dispositivo de Monitoreo Dispositivo de Detección Dispositivo de Control Sistema de Control Productos

12. Conceptos • Dispositivos de comando (E): botoneras, llaves rotativas, etc; • Dispositivos de actuación(S): contactores, solenoides(válvulas), servo-motores, etc; • Dispositivos de detección(E): llaves fin de curso, potenciómetros, sensores, encoders, etc; • Dispositivos de monitoreo(S): lámparas, bocinas, displays, registradores, etc. • Dispositivos de Realización: circuitos eléctricos, CLPs, etc.

13. Dispositivos - Ejemplos

14. CLP – Controlador Lógico Programable

15. Histórico • Hasta el final de la década de 60 los sistemas de control eran electromecánicos (realizados para armarios/cuadros de relés); • Ocupaban mucho espacio y eran de difícil mantenimiento; • Modificaciones en las líneas de producción demandaban mucho tiempo y practicamente exigían el montage de nuevos cuadros; • En 1968 la GM (USA) lanzó una especificación técnica de un nuevo dispositivo de control.

16. Histórico Requisitos de especificación: • Fácil programación y mantenimiento (reprogramación); • Alta confiabilidad en el ambiente industrial (vibración, calentamiento, polvo, etc.); • Dimensiones reducidas; • Capacidad de enviar datos a un Sistema Central; • Ser modular (expansible); • Señales de E/S de 115VCA (2A mínimo salida)

17. Histórico • En 1969 surgieron los primeros controladores • Eran muy simples apenas con E/S digitales; • La fácil programación fue una de las claves del éxito (basada en ladder); • A lo largo de la década del 70 fueron siendo introducidas nuevas funcionalidades (temporización, computación numérica, etc.) • A partir de la década de 80 las funciones de comunicación fueron perfeccionadas

18. Histórico • Hoy el PLC es un sistema microcontrolador (microprocesador) industrial con software y hardware adaptado para ambiente industrial (especialmente ruído eletromagnético) con muchas opciones de programación, con capacidad de operar en red en diversos niveles.

19. Dispositivos Placa Entrada Fuente CPU Comuni- cación Computador Memoria Barra- mento Placa Salida Dispositivos Componentes

20. Componentes CPU • Microcontrolador de 16/32 bits: • Funciones: • Comunicación entre las partes del PLC; • Control de entradas y salidas; • Ejecución; • Operación de memoria; • Check-ups internos.

21. Componentes Memoria • La memoria es divida en 2 grandes bloques: • Memoria del Sistema • Programa de Ejecución; • Área de Borrador: flags, cálculos, alarmas, errores. • Memoria del Usuario • Programa del usuario (binario); • Tabla de Datos: Mapa E/S, valor actual y pre-set de contadores y temporizadores, variables de programa.

22. Componentes Módulos de E/S • Pueden ser Discretos o Analógicos • Discretos • Cantidad de Puntos Disponibles • AC, DC, Relé • DC: Tipo P ou Tipo N • Salida: necesidad de alimentación externa, fusibles • Analógicos • Número de Canales, Resolución del conversor A/D • Faja de operación: 0-20mA, 4-20mA, 0-5V, 0-10V, +-5V, +-10V, temperatura (termopar - J,E,K ... , termorresistencia – PT100, ...)

23. 1 ciclo con período de T segundos Com. - Man. SO Adquisición de entradas Actualización de Salidas Procesamiento Funcionamiento • Basado en procesamiento cíclico compuesto, de forma simplificada, por 3 etapas visibles al usuario: • Adquisición de las entradas; • Procesamiento; • Actualización de Salidas; Comunicación y Mantenimiento del S.O (Carga de módulos, actualización de timers, tratamiento de interrupción, etc.) X ms para cada 1000 instrucciones

24. Funcionamiento • Las etapas son distintas e independientes; • El proceso se inicia después que las señales de entrada son mostradas; • Durante el proceso las entradas y salidas permanecen inalteradas (cualquier alteración de las E/S y estados internos solo puede ocurrir fuera de este intervalo); • Durante la actualización de las salidas los valores de las entradas permanecen inalterados

25. Funcionamiento Una entrada debe permanecer accionada, como mínimo: tiempo de varredura de las entradas + tiempo de procesamiento ALTERNATIVAS

26. Características(ejemplo)

27. Clasificación • Basada en el número de E/S (no padronizado): • Nano: hasta 50 puntos de E/S; • Micro: hasta 250 puntos de E/S; • Medio:hasta 1000 puntos de E/S; • Generalmente asociado al aumento del número de E/S están asociados aumentos de los recursos de programación y disminución de los tiempos de respuestas.

28. Ejemplos de Aplicaciones • máquinas industriales (operadoras, inyectoras de plástico, textiles, calzados); • equipamientos industriales para procesos ( siderurgia, papel y celulosa, petroquímica, química, alimentación, minería, etc); • equipamientos para control de energia (demanda, factor de carga); • adquisición de datos de supervisión en: fábricas, edificios; • bancadas de test automático de componentes industriales.

29. Ejemplos (modelos)

30. Norma IEC 61131

31. Introducción • Las herramientas para programación de CLP no evoluconarían a la misma velocidad que las herramientas para programación de computadores pues no presentan (aban): • Facilidad de uso • Portabilidad • Interoperabilidad entre diferentes productos • Padrones de comunicación La norma IEC 61131 busca llenar esta laguna

32. Norma IEC 61131 • Define la sintaxis y el comportamiento del lenguage • Provee un conjunto de lenguages interligados para resolver diferentes problemas de control • Mejora la calidad del software aplicado a través de las técnicas de proyecto estructurado, encapsulamiento de datos, etc.

33. Norma IEC 61131 • Part 1 – General Overview, definitions • Part 2 – Hardware, I/O Signals, safety requeriments, environment • Part 3 – Programming Languages • Part 4 –User Guidelines • Part 5 – Messaging Service Specification

34. Norma IEC 61131 – parte 3 Principales características • Programación estructurada y lenguage de alto nivel para construcción de grandes programas • Conjunto padronizado de instrucciones (en inglés) • Programación Simbólica • Gran variedad de tipos de datos padronizados • Funciones reutilizables pueden ser creadas • Conjunto de funciones matemáticas padronizadas disponibles (trigronométricas, logaritmos, etc.)

35. La estrutura de la Norma IEC 61131-3 Elementos Comunes Lenguages de Programación

36. La estructura de la Norma IEC 61131-3 Elementos Comunes Lenguages de Programación

37. ELEMENTOS COMUNES • 1. Tipos de Datos y Variables • 2. Modelo de Software • * Configuración, Recursos, Tareas • 3. POUs (Unidades de Organización de Programa) • Funciones • Bloques de Función (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comunes

38. ELEMENTOS COMUNES • 1. Tipos de Datos y Variables • 2. Modelo de Software • * Configuración, Recursos, Tareas • 3. POUs (Unidades de Organización de Programa) • Funciones • Bloques de Función (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comunes

39. Que es esto? 01010101 10101010 Variables y Tipos de Datos • Históricamente • Referencia a una posición física de memoria • Referencia a una entrada física

40. Variables y Tipos de Datos • Sensor_Temperatura_1 : Integer • Representación simbólica • Área propia para mapeo de I/O • Código independente de hardware • Altamente transparente y comprensible • Menos errores

41. Variables y Tipos de Datos

42. Representación de las Variables

43. ELEMENTOS COMUNES • 1. Tipos de Datos y Variables • 2. Modelo de Software • * Configuración, Recursos, Tareas • 3. POUs (Unidades de Organización de Programa) • Funciones • Bloques de Función (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comunes

44. Conjunto de software que define el comportamiento de un hardware (CP) para una aplicación específica IEC 61131-3 Modelo de Software Configuración Función de Comunicación

45. Soporte para la ejecución de un programa, interface entre programas y las E/S de controlador IEC 61131-3 Modelo de Software Configuración Recurso Recurso Función de Comunicación

46. IEC 61131-3 Modelo de Software Configuración Recurso Recurso Task Task (Tarea) Task Task un mecanismo de escalonamiento que ejecuta Programs o function blocks periódicamente o en respuesta a un evento (cambio de estado de alguna variable booleana), permitiendo la ejecución de programas en diferentes tareas con objetivo de optimizar el uso de recurso del controlador Função de Comunicação

47. IEC 61131-3 Modelo de Software • Tipos de Tareas (Task ): • No preemptiva: siempre completa su procesamiento • Preemptiva: puede ser interrumpida por otra de mayor prioridad • Cualquiera puede ser activada cíclicamente, por tiempo o por evento) • Cada tarea se puede atribuir un período de ejecución y una prioridad • un Program o function block quedará aguardando su ejecución hasta que sea asociado a una determinada Tarea y esta sea activada por una ejecución periódica o por un determinado evento

48. ELEMENTOS COMUNES • 1. Tipos de Datos y Variables • 2. Modelo de Software • * Configuración, Recursos, Tareas • 3. POUs (Unidades de Organización de Programa) • Funciones • Bloques de Función (FB’s) • Programas IEC 61131-3 : Elementos Comunes

49. Típicamente, un Program consiste de un número de bloques funcionales interconectados, capaces de intercambiar datos a través de las conecciones de software. Un Program puede anular las variables de CLP y comunicar con otros Programs. Camino de control de ejecución IEC 61131-3 Modelo de Software Configuración Recurso Recurso Task Task Task Task Program Program Program (Programa) Program Função de Comunicação

50. IEC 61131-3 Modelo de Software Programs ( Programas) • pueden contener variables de acceso, las cuales permiten el acceso remoto por los servicios de comunicación. • pueden contener instancias de bloques funcionales, mas no de otros programas, (no pueden ser aninhados) • as instâncias de blocos funcionais de um programa podem ser executadas por diferentes tarefas de controle.